CN113282032A - 一种多路光输入输出数字组件控制模块 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多路光输入输出数字组件控制模块，采用高速PCB布局布线技术、高速传输定时同步技术、多点流水数据缓存读写技术、阵面参数FLASH操作技术、光纤长度等长控制技术构建组件控制模块，组件采用多模块并联结构，设置12路收发通道，接口采用全光形式，同步切换阵面波束，上报组件控制状态，减去了组件与波控组合控制之间的电连接和设备重量，提升模块重构性、适用性，实现了阵面波控组合控制的轻量化、集成化，减少了空间和成本，提高了系统抗干扰能力和环境适应性。
Description
技术领域
本发明属于光电技术领域，具体涉及一种光传输接口技术。
背景技术
组件是相控阵天线阵面高频箱内的关键组成部分，其性能指标直接影响到相控阵雷达天线的性能实现，而组件的工作状态直接受控于波控系统。传统的模拟阵，组件与波控系统之间通过诸多线缆或印制背板交互信息，设备多、重量大、抗干扰性能差。
越来越多的相控阵雷达采用数字化组件，对数字组件的控制需要相应的高速光纤信号。由于数字组件数量较多，其信号的输入是阵列控制模块光信号的分路之一，其信号的输出经过对原始回波信号的整合才送给DBF模块。为了实现对光信号的分发和整合的功能，设计了组合控制模块。
发明内容
本发明为了解决现有技术存在的问题，提出了一种多路光输入输出数字组件控制模块，单个组合可以同时控制12个数字组件，每个组件是多通道的，为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案。
采用高速PCB布局布线技术、高速传输定时同步技术、多点流水数据缓存读写技术、阵面参数FLASH操作技术、光纤长度等长控制技术构建组件控制模块，组件采用多模块并联结构，设置12路收发通道，接口采用全光形式，同步切换阵面波束，上报组件控制状态。
组件的接口采用并行光收发一体模块，采用单模入、多模出的混模光接口，根据下行数据量，选择使用不同数量的收发通道；为提高系统故障自动诊断能力，设计控保电路，以CAN形式上报接收的组件数据和控制板自身关键控制量信息。
组合控制模块采用光接口，组合控制模块和组件之间采用光纤连接，采用FPGA，根据使用需要，进行逻辑时序控制、数据收发打包、参数读写、在线远程程序加载。
设置每个通道速率为1～10.3125Gbps，采用光纤接口，采用精度在120ps内的锁相环时钟相位检测技术，将12个接收通道数据同步、数据缓存、数据率转换，上行指令接收数据率为0.3～2.5Gbps，下行发送数据率为1～6.25Gbps。
本发明的有益效果：针对阵面设备减重、高速、国产化要求，组件控制模块将高频箱内波控组合与组件之间的控制线，改为组合控制和1根直径5mm分叉光缆，减去了组件与波控组合控制之间的电连接和设备重量；控制电路可以控制多达12个数字组件，与DBF之间的下行数据可以选择3.2G/4.8G等多种通讯速率；提升模块重构性、适用性，实现了阵面波控组合控制的轻量化、集成化，减少了空间和成本，提高了系统抗干扰能力和环境适应性。
附图说明
图1是组合控制面板示意图，图2是电路构成与信号流原理图，图3是前后面板接口布局图，图4是FPGA设计原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案做具体的说明。
波控组合控制电讯设计的硬件，采用全国产器件，电路构成与信号流如图2所示，用1个组合控制板、1根直径为5mm的分叉光缆，实现对12个组件的上下行控制。
组合控制板的端口设计了3个光纤入出口，可以根据下行数据量选择使用图中3个光纤入/出光口。
组合控制模块的前后面板如图3所示，前面板有1个指令接收光接口、1个下行数据发光接口、1个对组件的光接口、1个用于监测下载的电接口，后面板有1个射频插座用于时钟输入、1个电源和自检信号电接口。
组合控制面板的电连接器、液冷插头都为盲插连接形式，有独立的定位销限位。组合控制外形尺寸与同舱的接收组件相同。
原高频箱舱背板波控与组件之间采用电缆连接，需要48根高频数据线、3个通信接口、3个时钟接口，3个电源接口；现在只保留3个时钟接口，传输数据采用XS5接口12芯光纤，通信接口改为CAN总线，和电源接口合并为3根线。
组合控制板硬件设计包括主控芯片、差分接口收发芯片、电源监测芯片、配置与存储芯片、CAN控制器等都用国产芯片。
组合控制板的PCB设计包括器件布局、电地层划分、叠层、走线都遵循高速电路设计规范，指令输入/输出采用混模的光电转换模块、对组件的信息交互用12路并行光收发一体模块和相应的光缆。
结合硬件资源，进行FPGA资源分配，在BANK15内分配2个不同的时钟、4个不同的GXB，如图4所示，软件设计包括系统控制、时钟控制、指令接收同步与解析、FLASH读写控制、数据打包、自检信息读取与上报、在线远程程序加载。
软件设计的技术包括多通道高速数据同步技术和高速传输定时同步技术。
基于FPGA的4个GTX BANK，使用3个BANK，即BANK16～BANK18接收组件的12组数据，每个BANK分配4个接收通道和1个接收参考时钟，采用GXB接收动态重配置技术，对接收异常，如上电复位、光路接收参考时钟、锁相环PLL失锁等，进行复位控制，接收数据缓存与对齐处理技术。
光纤传输系统对收发端的时钟进行相参处理，即在定时信号的发送端和接收端分别做时钟鉴相功能，以保证时钟信号的相参：发射相位控制模块根据参考时钟，鉴别发送时钟相位，并反馈Serdes发送端，使发送时钟最终稳定在设计的相位上；接收相位控制模块根据参考时钟，鉴别接收时钟相位，并反馈Serdes接收端，使接收时钟最终稳定在设计的相位上。
测试阶段包括软件功能仿真与调试、软件资源优化评估与调整、软件测试与调整、实物仿真与系统联试。、
在单板试验中，被测2块组合控制板，采用实验室测试平台、电源、信号源、三用表；在组件级试验中，被测2件组合控制模块，采用配套数字组件测试系统一套；在组合控制环境试验中，被测2件组合控制模块，测试平台采用电源、信号源、三用表；在阵面级试验中2件完成调试验证状态的组合控制模块，阵面测试系统一套；先完成暗室波瓣测试，再进行整机环境试验测试。
上述作为本发明的实施例，并不限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种多路光输入输出数字组件控制模块，其特征在于，包括：采用高速PCB布局布线技术、高速传输定时同步技术、多点流水数据缓存读写技术、阵面参数FLASH操作技术、光纤长度等长控制技术构建组件控制模块，组件采用多模块并联结构，设置12路收发通道，接口采用全光形式，同步切换阵面波束，上报组件控制状态。
2.根据权利要求1所述的多路光输入输出数字组件控制模块，其特征在于，所述组件，包括：组件的接口采用并行光收发一体模块。
3.根据权利要求2所述的多路光输入输出数字组件控制模块，其特征在于，所述组件的接口，包括：采用单模入、多模出的混模光接口，根据下行数据量，选择使用不同数量的收发通道。
4.根据权利要求2所述的多路光输入输出数字组件控制模块，其特征在于，所述组合控制模块，包括：采用光接口，组合控制模块和组件之间采用光纤连接。
5.根据权利要求1或4所述的多路光输入输出数字组件控制模块，其特征在于，所述组合控制模块，包括：采用FPGA，根据使用需要，进行逻辑时序控制、数据收发打包、参数读写、在线远程程序加载。
6.根据权利要求1所述的多路光输入输出数字组件控制模块，其特征在于，所述收发通道，包括：设置每个通道速率为1～10.3125Gbps，采用光纤接口，采用精度在120ps内的锁相环时钟相位检测技术。
7.根据权利要求6所述的多路光输入输出数字组件控制模块，其特征在于，所述设置12路收发通道，包括：将12个接收通道数据同步、数据缓存、数据率转换。
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